生物医用高分子材料北京大学课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《生物医用高分子材料北京大学课件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 生物 医用 高分子材料 北京大学 课件
- 资源描述:
-
1、第九章第九章医用高分子材料医用高分子材料一、生物医用材料的定义(Biomedical materials)对生物体进行诊断、治疗和置换损坏组织、器官或增进其功能的材料。2020/4/9材料9.1 概述概述按材料来源分按材料来源分?(1)医用金属和合金。主要用于承力的骨、关节和牙等硬组织的修复和替换。不锈钢、钴基合金、钛及钛合金是目前医用合金的三大支柱。医用合金还有钽、铌和贵金属等。?(2)医用高分子生物材料。高分子化合物是构成人体绝大部分组织和器官的物质,医用高分子生物材料包括合成(如:聚酯、硅橡胶)和天然高分子(如:胶原、甲壳素)。近来,生物降解高分子材料得到重视。?(3)医用生物陶瓷。有惰
2、性生物陶瓷和活性生物陶瓷(羟基磷灰石陶瓷、可吸收磷酸三钙陶瓷等)?(4)医用生物复合材料。如羟基磷灰石涂复钛合金,炭纤维或生物活性玻璃纤维增强聚乳酸等高分子材料。?(5)生物衍生材料。这类材料是将活性的生物体组织,包括自体和异体组织,经处理改性而获得的无活性的生物材料。2020/4/9材料二、生物医用材料的分类生物衍生材料取自患者自体的组织例如:采用自身隐静脉作为冠状动脉搭桥术的血例如:采用自身隐静脉作为冠状动脉搭桥术的血管替代物管替代物取自其他人的同种组织例如:利用他人角膜治疗患者的角膜疾病例如:利用他人角膜治疗患者的角膜疾病来自其它动物的异种组织例如:采用猪的心脏瓣膜代替人的心脏瓣膜,治例
3、如:采用猪的心脏瓣膜代替人的心脏瓣膜,治疗心脏病等。疗心脏病等。2020/4/9材料2020/4/9材料聚四氟乙烯聚四氟乙烯人工关节2020/4/9材料例如:德国产品UHMWPE材料?ISO5834-2?ASTM F648?可用为人工关节、人工骨骼植入人体?极低的能耗?人工心脏瓣膜人工心脏瓣膜2020/4/9材料组织工程人工骨缺损修复示意图组织工程人工骨缺损修复示意图2020/4/9材料2020/4/9材料三、生物医用高分子材料三、生物医用高分子材料?分类?用途?制备2020/4/9材料按用途分类按用途分类?手术治疗用高分子材料缝合线,黏胶剂,止血剂,各种导管,引流管,一次性输血输液器材?药用
4、及药物传递用高分子材料?靶向性高分子载体(肝靶向性,肿瘤靶向性),高分子药物(干扰素,降胆敏),高分子控制释放载体(胶囊,水凝胶,脂质体)?人造器官或组织人造器官或组织?人造皮肤,血管,骨,关节,肠道,心脏,肾等2020/4/9材料1.分类分类2020/4/9材料制备生物医用高分子材料?生物医用高分子材料??化学家合成原始材料并检测各项理化指标?生物学家检测材料生物毒性及生物相容性?医学家做临床动物试验-人体试验?化学工程师制造生物医用高分子材料?临床应用2020/4/9材料化学家来做第一步2.生物医用材料市生物医用材料市场发展概况场发展概况2020/4/9材料全球生物医用材料市场全球生物医用
5、材料市场2020/4/9材料0500100015002000250030003500年20052002200032752300165020%12%单位:亿美元 世 界 医疗器械 市 场 生 物 材 料 和 制品中国生物医用材料市场?我国生物医学材料的生物医学工程产业的市场增长率高达 28(全球市场增长率20%),居全球之首。?我国人工关节 替换年增长率高达 30,远高于美国的4。-国家科技部资料2020/4/9材料?775万肢残患者和每年新增的 300万骨损伤患者-需要大量骨修复材料?2000 万心血管病患者-每年需要24万套人工心瓣膜?肾衰患者-每年需要12万个肾透析器?2020/4/9材料
6、2020/4/9材料3.History of polymeric biomaterials1943年赛璐珞薄膜开始用于血液透析1949年美国首先发表了医用高分子的展望性论文。在文章中,第一次介绍了利用PMMA作为人的头盖骨、关节和股骨,利用聚酰胺纤维作为手术缝合线的临床应用情况。50年代,有机硅聚合物被用于医学领域,使人工器官的应用范围大大扩大,包括器官替代和整容等许多方面。Drug controlled releaseTissue engineeringGene therapy此后,一大批人工器官在 50年代试用于临床。如人工尿道(1950 年)、人工血管(1951 年)、人工食道(1951
7、 年)、人工心脏瓣膜(1952)、人工心肺(1953 年)、人工关节(1954 年)、人工肝(1958 年)等。进入60年代,医用高分子材料开始进入一个崭新的发展时期。2020/4/9材料?1960s 可生物降解聚合物,如:可生物降解聚合物,如:Polylactide(PLA)?1970-80s 隐形眼镜(Contact lens),药物控制释放(drug controlled release)?1990s-聚合物在生物医用材料中的占有率超过一半2020/4/9材料2020/4/9材料高分子材料虽然不是万能的,不可能指望它解高分子材料虽然不是万能的,不可能指望它解决一切医学问题,但决一切医学问
8、题,但 通过分子设计的途径通过分子设计的途径,合成出,合成出具有生物医学功能的理想医用高分子材料的前景是十分广阔的。有人预计,在 21世纪,医用高分子将进入一个全新的时代。除了大脑之外,人体的所有部位和脏器都可用高分子材料来取代。仿生人也将比想象中更快地来到世上。比想象中更快地来到世上。2020/4/9材料4.医用高分子材料的要求(Requirements for biomedical polymers)?Basic requirements?安全性Biocompatibility/Biostability/Biodegradability?灭菌性Sterilizability2020/4/9
9、材料2020/4/9材料Requirements for biomedical polymersOther requirements according to specific applications加工成型性machine-shaping properties机械性能与稳定性Mechanical properties环境敏感性Environmental sensitivity表面性能与结构多空性Surface properties/Porosity亲疏水性Hydrophilicity/hydrophobicity 2020/4/9材料 不会致癌根据现代医学理论认为,人体致癌的原因是由于正常
10、细胞发生了变异。当这些变异细胞以极其迅速的速度增长并扩散时,就形成了癌。而引起细胞变异的因素是多方面的,有化学因素、物理因素,也有病毒引起的原因。安全性?具有良好的血液相容性当高分子材料用于人工脏器植入人体后,必然要长时间与体内的血液接触。因此,应用高分子对血液的相容性是所有性能中最重要的。2020/4/9材料?通常,当人体的表皮受到损伤时,流出的血液会通常,当人体的表皮受到损伤时,流出的血液会自动凝固,称为血栓血栓。?血液相容性指材料在体内与血液接触后不发生凝血、溶血现象,不形成血栓。?实际上,血液在受到下列因素影响时,都可能发生血栓:血管壁特性与状态发生变化;血液的性质发生变化;血液的流动
11、状态发生变化。2020/4/9材料 具有良好的组织相容性有些高分子材料本身对人体有害,不能用作医用材料。而有些高分子材料本身对人体组织并无不良的影响,但在合成、加工过程中不可避免地会残留一些单体,或使用一些添加剂。当材料植入人体以后,这些单体和添加剂会慢慢从内部迁移到表面,从而对周围组织发生作用,引起炎症或组织畸变,严重的可引起全身性反应。2020/4/9材料灭菌性高分子材料在植入体内之前,都要经过严格的灭菌消毒。目前灭菌处理一般有三种方法:蒸汽灭菌、化学灭菌、射线灭菌。国内大多采用前两种方法。因此在选择材料时,要考虑能否耐受得了。2020/4/9材料能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性能经受
12、必要的清洁消毒措施而不产生变性机械强度2020/4/9材料2020/4/9材料表9-1 高分子材料在狗体内的机械稳定性材料名称植入天数机械强度损失/尼龙-676174.6107380.7涤纶树脂78011.4聚四氟乙烯6775.35.材料界面性质对血液相容性的关系材料界面性质对血液相容性的关系?材料界面性质与血液界面性能的不同可能造成吸附改变蛋白质的形状以及排列,产生溶血、凝血或者血栓?改善措施?强亲水或强疏水表面?亲水或疏水微相分离的聚合物?表面引入生物相容性物质(肝素、白蛋白等)?引入负离子(血液中多组分呈负电性)?生成伪内膜2020/4/9材料高分子材料表面亲/疏水性的改善?强疏水:对血
13、液成分吸附能力小,因此血液相容强疏水:对血液成分吸附能力小,因此血液相容性好,如:聚四氟乙烯?强亲水:吸水后与血液表面性能接近,减小对蛋白质的吸附,如:聚氧化乙烯(非常重要的抗凝血材料)添加聚氧化乙烯(分子量 6000)于凝血酶溶液中,可防止凝血酶对玻璃的吸附。2020/4/9材料通过接枝改性调节高分子材料表面分子结构中通过接枝改性调节高分子材料表面分子结构中的亲水基团与疏水基团的比例,的亲水基团与疏水基团的比例,使其达到一个最佳值,也是改善材料血液相容性的有效方法。2020/4/9材料制备具有微相分离结构的材料研究发现,具有微相分离结构的高分子材料对血液相容性有十分重要的作用。2020/4/
14、9材料它们基本上是嵌段共聚物和接枝共聚物。其中研究得较多的是聚氨酯嵌段共聚物,即由软段和硬段组成的多嵌段共聚物,其中软段一般为聚醚、聚丁二烯、聚二甲基硅氧烷等,形成连续相;硬段包含脲基和氨基甲酸酯基,形成分散相。2020/4/9材料CONHR(NH COORO)xCONHRyNHCONH 屒NHnCONHR(NH COORO)xCONHRyNHCO屒nOO美国Ethicon公司推荐的四种医用聚醚氨酯:Biomer,Pellethane,Tecoflex 和Cardiothane 基本上都属于这一类聚合物。?原因被认为是亲水和疏水的蛋白质被吸附于不同的微相区间,不会激活血小板表面的糖蛋白,血小板
15、的特异识别功能表现不出来。2020/4/9材料高分子材料的肝素化高分子材料的肝素化肝素是一种硫酸多糖类物质肝素是一种硫酸多糖类物质(见下式),含有SO3-,COO-及NHSO3-等功能基团。是最早被认是最早被认识的天然抗凝血产物之一。识的天然抗凝血产物之一。2020/4/9材料HOHHO HHOHOOOHHHOHHCOOHHCH2OSO3HHNHSO3HOHOHHO HHOHOOHHHOHHCOOHHCH2OSO3HHNHSO3H将肝素通过接枝方法固定在高分子材料表面上以提高其抗凝血性,是使材料的抗凝血性改变的重以提高其抗凝血性,是使材料的抗凝血性改变的重要途径。在高分子材料结构中引入肝素后,
16、在使用过程中,肝素慢慢地释放,能明显提高抗血栓性。2020/4/9材料2020/4/9材料人工合成的仿肝素共聚物,同样具有较好的抗凝血功能人工合成的仿肝素共聚物,同样具有较好的抗凝血功能使材料表面带上负电荷的基团使材料表面带上负电荷的基团例如:将芝加哥酸(1-氨基-8-萘酚-2,4-二磺酸萘)(见下式)引入聚合物表面后,可减少血小板在聚合物表面上的粘附量,抗疑血性提高。NHSO2NNOH NH2SO3HSO3H2020/4/9材料材料表面伪内膜化人们发现,大部分高分子材料的表面容易沉渍人们发现,大部分高分子材料的表面容易沉渍血纤蛋白而凝血。如果有意将某些高分子的表面制血纤蛋白而凝血。如果有意将
展开阅读全文